(57)【要約】【課題】発光装置において、複数のハイブリッドレンズを連結し、かつハイブリッドレンズの出射面の外周辺近傍に生じる光のムラを抑制する。【解決手段】発光装置１は、光源２と、光源２が搭載された基板３と、基板３の法線を軸とした大底面４１と小底面４２とを有する回転体の外郭を成し、光源２からの光を所定方向へ屈折させる第１の光学部材４と、第１の光学部材４を支持し、大底面４１の外周辺に接して、外周辺より外方に延出して成る第２の光学部材５と、を備え、第２の光学部材５における大底面４１へ臨む内周面５１が円錐面形状を成し、この内周面５１の基板面に対する傾斜角が光源２の中心から照射され内周面５１と大底面４１との稜線５１ａを通過する光の基板面に対する傾斜角と略同一となるように形成されている。これにより、稜線５１ａを通過する光が内周面５１により反射することを防ぎ、大底面４１の外周辺近傍に生じる光のムラが抑制される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源が搭載された基板と、前記基板の法線を軸とした大底面と小底面とを有する回転体の外郭を成して、小底面に設けられた凹面が前記光源から出射される光の入射面となり、該光を屈折させて所定方向へ放射させる第１の光学部材と、前記基板上に配列された前記光源の配置に合わせて前記第１の光学部材の位置を決定し、支持するため、前記第１の光学部材の大底面の少なくとも外周辺に接すると共に、該外周辺から外方へ延出して成る第２の光学部材と、を有する発光装置であって、
前記第２の光学部材における前記大底面へ臨む内周面が、円錐面形状となっていて、
前記第２の光学部材は、前記内周面の基板面に対する傾斜角が、前記光源の略中心から照射され、前記内周面と前記大底面との稜線を通過する光の基板面に対する傾斜角と略同一となるよう形成されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記内周面が、粗面であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置等に用いられ、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光源から放射状に照射された光をレンズにより屈折させて集光し、所定方向に照射する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、道路や自動車等の表示装置等には、一般的なフィラメントランプの他、ＬＥＤ等を備えた発光装置が用いられている。このような表示装置等に用いられる発光装置において、ＬＥＤ等の光源から照射される光は、使用用途に応じた所定の方向にのみ照射されればよい。しかし、通常、光源からの光は、放射状に放射されることから、ＬＥＤ等の光源から照射された光を有効に利用するため、従来から、特許文献１又は特許文献２に示されるように、ＬＥＤ等から照射された光を集光して所定の方向へ放射するレンズを備えた発光装置が知られている。
【０００３】
ここで、一般的な単一の光源を備えた発光装置の構成について、図２（ａ）（ｂ）を参照して説明する。単一の光源を有する発光装置１０１は、ＬＥＤ１０２を配設した基板１０３と、ＬＥＤ１０２から出射された光を所定角度に屈折させるためのコリメート（集光）用のレンズであって、レンズの入射側面に凹面１４４が形成されたハイブリッドレンズ１０４とから構成される。例えば、図２（ｂ）の実線矢印Ｌ１に示されるように、ＬＥＤ１０２から放射された光は、ハイブリッドレンズ１０４の凹面１４４に入射する際に１次屈折し、レンズの外郭面１４３の内表面で２次屈折した後に、ハイブリッドレンズ１０４の出射面１４１からレンズ外に出射される。また、発光装置１０１は、ハイブリッドレンズ１０４自体の形状や屈折率等の調節をすることで、ハイブリッドレンズ１０４に入射した光を所定の方向へ出射させるものである。
【０００４】
また、道路や自動車等の表示装置等に用いられる発光装置は、例えば、特許文献１又は特許文献２に示されるように、複数の光源を備えたものが知られる。これは、図３に示される発光装置１１１のように、基板１０３上に、光源として複数のＬＥＤ１０２が所定間隔で配置され、それらの上部に各々、ハイブリッドレンズ１０４の凹面１４４が配置されるようにするため、複数のハイブリッドレンズ１０４の外郭面１４３の上部を外方へと延出して架橋することにより、ハイブリッドレンズ１０４を所定の位置に支持させたものである。また、上記のように、複数のハイブリッドレンズ１０４を並べて一体的に成形して作成することにより製造コストを低くすることができる。
【特許文献１】特開２００３−２８１９０９号公報
【特許文献２】特開昭６０−１３０００１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記のように複数のハイブリッドレンズ１０４の外郭面１４３の上部を、レンズ中心から外方へと延出して架橋されたものであって、この架橋した部分の材質がハイブリッドレンズ１０４と同じ材質で屈折率の差がない場合には、図３の点線矢印Ｌ２に示されるように、レンズの外郭面１４３の内表面上部へと向かう光は、出射面１４１からは出射されない。そのため、特許文献１又は特許文献２に示される構成のレンズを有する発光装置では、十分な輝度が得られないことがあった。
【０００６】
ここで、上記課題を解決した発光装置１２１を図４に示す。これは、複数のハイブリッドレンズ１０４の出射面１４１の外周辺から外方へと延出して架橋した部分を形成したものである。この構成により、図４の点線矢印Ｌ２に示されるように、レンズ外郭の上部へと向かう光は、レンズの外郭面１４３の内表面で全反射して、出射面１４１から出射され、有効光として利用されるようになる。
【０００７】
しかしながら、光源から照射された光が、ハイブリッドレンズ１０４の凹面１４４に入射した後、レンズ内を略放射状に進んでハイブリッドレンズ１０４の出射面１４１から出射された場合に、図４の一点鎖線矢印Ｌ３に示されるように、光の一部には、架橋した部分におけるハイブリッドレンズ１０４の出射面１４１へ望む内周面１５１によって反射されるものがあり、この反射した光によってハイブリッドレンズ１０４の出射面１４１の外周辺近傍に光のムラが生じる場合がある。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するものであり、複数のハイブリッドレンズを連結し、かつハイブリッドレンズの出射面の外周辺近傍に光のムラが抑制される発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、光源と、前記光源が搭載された基板と、前記基板の法線を軸とした大底面と小底面とを有する回転体の外郭を成して、小底面に設けられた凹面が前記光源から出射される光の入射面となり、該光を屈折させて所定方向へ放射させる第１の光学部材と、前記基板上に配列された前記光源の配置に合わせて前記第１の光学部材の位置を決定し、支持するため、前記第１の光学部材の大底面の少なくとも外周辺に接すると共に、該外周辺から外方へ延出して成る第２の光学部材と、を有する発光装置であって、前記第２の光学部材における前記大底面へ臨む内周面が、円錐面形状となっていて、前記第２の光学部材は、前記内周面の基板面に対する傾斜角が、前記光源の略中心から照射され、前記内周面と前記大底面との稜線を通過する光の基板面に対する傾斜角と略同一となるよう形成されているものである。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の発光装置において、前記内周面が、粗面であるものである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、光源の中心から照射され、第２の光学部材の内周面と大底面との稜線を通過する光が第２の光学部材の内周面により反射されるのを防止することができるので、第１の光学部材の大底面の外周辺近傍に生じる光のムラを抑制することができる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、内周面と大底面との稜線を通過する光の一部が内周面と接触した場合であっても、内周面が粗面となっていて、内周面によって反射される光が拡散されるので、より効果的に大底面の外周辺近傍に生じる光のムラを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の一実施形態に係る発光装置１について、図１（ａ）（ｂ）を参照して説明する。発光装置１は、光を発散する光源２と、光源２が搭載された基板３と、光源２から出射される光を屈折させて所定方向へと放射させる第１の光学部材４と、第１の光学部材４の大底面４１の外周辺に接すると共に、第１の光学部材４の大底面４１の外周辺から外方へと延出して成り、基板３上に隣接して配列された複数の光源２の配置に合わせて第１の光学部材４の位置を決定し、支持させる第２の光学部材５と、を備えている。以下、各構成要素を詳細に説明する。
【００１４】
光源２には、汎用の発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられ、例えば、青色ＬＥＤと、３８０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長帯域の光を４８０ｎｍ〜７８０ｎｍの光へ変換するＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）系蛍光体やＢＯＳ（Ｂａｒｉｕｍ  ｏｒｔｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ）系蛍光体等を含むシートと、を組み合わせた白色ＬＥＤが用いられる。また、本実施形態においては、上記の白色ＬＥＤに限らず、可視光を発生させ、発光装置１の全体の容量と比較して十分に小さければよく、例えば、小型白熱灯、小型のハロゲン電球等も使用可能である。また、光源２の発光面の形状についても、特に制限は無い。
【００１５】
基板３は、汎用のプリント基板であり、寸法安定性に優れ、反りやねじれ等のバラツキの少ない基板が用いられる。基板３の材料としては、例えば、ガラスクロス（布）を重ねたものにエポキシ樹脂を含浸させたガラスエポキシ基板等が用いられる。また、基板３の裏には、光源２から発せられる熱を効率よく放熱するため、銅等の放熱性の良い材料が用いられた適宜のヒートシング等（図示せず）が装着される。一般に、光源２は基板３上に電気的に通電するようにはんだ付けされるが、例えば、接着剤等によって固定されてもよい。なお、図１（ａ）（ｂ）においては、基板３上に複数の光源２が列状に設置された発光装置１を示したが、複数の光源２は、発光装置１の使用用途に応じて、縦横マトリクス状や放射状や環状に設置されればよい。
【００１６】
第１の光学部材４は、基本的にはハイブリッドレンズが用いられ、基板３の法線を軸とした大底面４１と小底面４２とを有する回転体の外郭面４３を成して、小底面４２に設けられた凹面４４が光源２から出射される光の入射面となり、この光を屈折させて所定方向へ放射させるものである。第１の光学部材４は、基板３に対して、近接又はその上部に搭載されるように設置され、基板３上に固定されている複数の光源２の各々を凹面４４が覆うように設置される。第１の光学部材４の材料には、アクリル樹脂、ポリカーボネート又はガラス等の透明性のある材料が用いられる。また、第１の光学部材４は、一般的には射出成形法により製造されるが、切削により製造されることもある。
【００１７】
上記の大底面４１の形状は、図１（ａ）（ｂ）では平面を示しているが、その他、凹面、凸面等があり、要求される配光により適宜、決定される。また、大底面４１には、照射面における照射ムラを回避するため、拡散処理（例えば、サンドブラスト処理等）が施される場合もある。
【００１８】
上記の小底面４２のうち、凹面４４は、光源２に対面する入射前面４６と、光源２の側面に対向した入射円錐面４７と、から成る。入射前面４６は、光源２から放射された光を、直接的に大底面４１へ導くものである。また、入射前面４６の形状は、平面、凹面、凸面その他があり、要求される配光により、適宜、決定される。この入射円錐面４７は、光源２から放射された光を、屈折により全反射させた後に大底面４１へ導くものである。光源２から放射され、入射前面４６又は入射円錐面４７から第１の光学部材４内に入射して大底面４１へ導かれる光を図１（ｂ）の実線矢印Ｌ１及び点線矢印Ｌ２に示している。
【００１９】
第２の光学部材５は、複数の第１の光学部材４の各々を架橋して連結させるものであって、基板３上に所定間隔で配列された複数の光源２の配置に合わせて、それらの上方に、第１の光学部材４が基板３に対して近接又は搭載されるように、その位置を決定し、支持するものである。第２の光学部材５は、第１の光学部材４の大底面４１の外周辺に接しており、大底面４１の外周辺の内方から、レンズ中心より外方へ延出することにより成る。また、第２の光学部材５の材質は、基本的に第１の光学部材４と同じ光透過材質のものが用いられる。特に、第２の光学部材５と第１の光学部材４とが近接する部分に、第１の光学部材４と異なる光透過材質のものが用いられると、各々の接触面において光の屈折が起こり、光を所望の方向へ制御することが困難になる。
【００２０】
また、本実施形態に係る発光装置１は、第２の光学部材５における大底面４１へ臨む内周面５１が、円錐面形状となっていて、望ましくは、粗面とされており、第２の光学部材５は、その内周面５１の基板面に対する傾斜角が、図１（ｂ）の一点鎖線矢印Ｌ３に示される、光源２の中心から照射され、第２の光学部材５の内周面５１と大底面４１との稜線５１ａを通過する光の基板面に対する傾斜角と同一となるよう形成されている。なお、第２の光学部材５の内周面５１と大底面４１との稜線５１ａを通過する光が大底面４１を出射する場合における基板面に対する傾斜角は、第１の光学部材４を構成する材質の屈折率や第１の光学部材４の外郭面４３の形状、凹面４４の形状、大底面４１の直径又は光源２から大底面４１の距離等に依存して異なり、この角度に従い内周面５１の基板面に対する傾斜角は適宜に調整して形成される。
【００２１】
上記構成により、光源２の中心から照射され、第２の光学部材５の内周面５１と大底面４１との稜線５１ａを通過する光が第２の光学部材５の内周面５１により反射されることが防止される。そのため、第２の光学部材５の内周面５１が円錐面形状となっていない発光装置に比べて、本実施形態に係る発光装置１は、第１の光学部材４の大底面４１の外周辺近傍に生じる光のムラを抑制することができる。
【００２２】
また、内周面５１と大底面４１との稜線５１ａを通過する光の一部が内周面５１と接触した場合であっても、上記の内周面５１が粗面であることにより、内周面５１によって反射される光が拡散されるので、より効果的に、大底面４１の外周辺近傍に生じる光のムラを抑制することができる。
【００２３】
本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、上記では、第２の光学部材５の第１の光学部材４の大底面４１に臨む内周面５１の基板面に対する傾斜角が、光源２の中心から照射され、内周面５１と大底面４１との稜線５１ａを通過する光の基板面に対する傾斜角と同一となるものとした。これは、光源２の中心から照射される光量が大きく、その光の影響が大きいことを考慮したものであって、この内周面５１の形態は、少なくとも光源２の略中心から照射され、稜線５１ａを通過する光の基板面に対する傾斜角と略同一であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る発光装置の破断した斜視図、（ｂ）は同装置の断面図。
【図２】（ａ）は従来の単一の光源を備えた発光装置の斜視図、（ｂ）は同装置の断面図。
【図３】従来の複数の光源を備えた発光装置の断面図。
【図４】従来の複数の光源を備えた発光装置の断面図。
【符号の説明】
【００２５】
１    発光装置
２    光源
３    基板
４    第１の光学部材
４１    大底面
４２    小底面
４３    外郭面
４４    凹面
５    第２の光学部材
５１    内周面
５１ａ    稜線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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